CN108697938B

CN108697938B - 具有可变角色的机器人

Info

Publication number: CN108697938B
Application number: CN201780015698.6A
Authority: CN
Inventors: 阿曼·克罗伊安; 纳德·哈姆达; 昂德雷吉·斯坦内克
Original assignee: Evollve Inc
Current assignee: Evollve Inc
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2017-01-04
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2037-01-04
Also published as: EP3400081A1; US20200129875A1; US11529567B2; CN108697938A; US10549207B2; JP7156944B2; US20190009181A1; KR20180104645A; EP3400081B1; WO2017120180A1; KR102108669B1; JP2019510524A; CN111991817A

Abstract

用于玩具机器人的角色皮肤具有外罩，该外罩具有成形为与自推进式玩具机器人的机器人主体壳体的外表面相符的内表面。可以将所述外罩安装在机器人主体壳体上以覆盖所述机器人主体壳体的外表面，然后优选地不使用工具而从所述壳体移除所述外罩。所述外罩具有标识机构，该标识机构提供机器人角色软件程序的标识，其中，每当将所述外罩安装到机器人主体壳体上时，由玩具机器人电子地检测所述标识，并且作为响应，由玩具机器人执行改变玩具机器人行为的所述机器人角色软件程序。还描述并要求保护其它实施方式。

Description

具有可变角色的机器人

本非临时申请要求2016年1月6日递交的美国临时申请号62/275,684的权益。

技术领域

本发明的实施方式总体上涉及玩具机器人的角色皮肤，更具体地涉及自推进式自动玩具机器人，该自推进式自动玩具机器人可以在与所述玩具机器人所在的基面(basesurface)上出现的线相对应的方向上自己移动。还描述了包括不是自动而是完全远程控制的玩具机器人的角色皮肤的其它实施方式。

背景技术

目前，可以购得小型玩具机器人(手持)已经有一段时间了，所述小型玩具机器人不仅提供娱乐价值，而且还可以用作儿童的教育工具。OZOBOT玩具机器人是自推进式自动玩具机器人，该自推进式自动玩具机器人可以自动检测并跟随在基面上出现的线段，包括电子显示屏上出现的线段。所述线段由机器人自动检测，并且作为响应，发信号给推进子系统以使机器人沿着该线段移动，而不需要与外部设备进行任何通信来这么做。所述玩具机器人是可编程的，在于，该玩具机器人可以被指示以特定方式响应它检测到的特定颜色图案。在计算设备(诸如膝上型计算机或平板电脑)上运行的软件程序编辑器使用户能够创建基于块的程序，然后可以将该基于块的程序加载至玩具机器人内的存储器中。例如，如果机器人在线中检测到蓝色线段，则它可以通过例如以快速速率向前移动五步来响应该蓝色线段，然而如果机器人检测到黄色，则它将向前移动五步，但是以慢速速率移动。除了简单的移动之外，在内置于玩具机器人的壳体中的光源可以被控制的情况下可以控制灯光效果，还可以执行更复杂移动的定时，以及执行使机器人能够重复特定移动模式或其它行为预定次数直到检测到特定事件的循环。除了上面描述的教育方面之外，通过提供可与机器人主体物理接合的角色配件，可以增强玩具机器人提供的娱乐价值。可以在罩(covering)上描绘用户最喜爱的电影英雄或卡通英雄或其它角色，该罩安装在机器人主体的壳体上并且当机器人主体移动时保持联接到所述壳体。

发明内容

本发明的一个实施方式是自动玩具机器人，该自动玩具机器人的行为根据安装在机器人主体壳体(robot body housing)上的特定角色皮肤而变化。在一个实施方式中，机器人是自动的，因为机器人被预编程为具有有随机决策元素的特定行为；在另一实施方式中，机器人仅仅是线跟随器(line follower)；在又一实施方式中，机器人可由人类用户完全远程控制；在更进一步的实施方式中，机器人是群体机器人(swarm robot)。

机器人的行为包括其响应于它检测到的外部刺激所采取的动作，所述外部刺激诸如使用一个或多个内置传感器检测到的东西，例如，通过线传感器检测到的线、图案或对比度，使用颜色传感器检测到的颜色，使用基于IR的近距离传感器检测到的近距离的物体以及通过RF天线检测到的外部通信(例如，从正在由机器人的人类用户操作的远程控制单元或从另一附近的机器人无线接收的实时用户命令)。这些外部刺激在某种意义上可以叠加在基本的自动行为之上。例如，基本行为可以跟随均匀颜色的线，外部刺激可以是线的不连续性、或线内或线附近的颜色图案。

一旦将角色皮肤安装到壳体上，该角色皮肤就可以具有以编程处理器(该编程处理器将与机器人主体壳体中的处理器通信)的形式集成在该角色皮肤中的智能。可替选地，角色皮肤本身可以不向机器人添加任何数据处理能力，但可以包括由机器人主体壳体中的处理器电子地控制的项目，例如，附加光源、扬声器、传感器(例如包括麦克风或摄像机)、致动器以及马达。可以生成一系列不同的角色皮肤——从可仅具有来自已知的或其它原始视听艺术作品的角色外观的简单或轻量级的版本到可具有很多“点缀品(bells andwhistles)”的满载版本，甚至到可以具有如上所述的智能以有效地将玩具机器人转变成更复杂机器的版本。

上述发明内容不包括本发明所有方面的详细清单。预期本发明包括可从以上概述的各个方面的所有合适组合实现的所有系统和方法、以及在下面的具体实施方式中公开的以及与本申请一起提交的权利要求中特别指出的那些系统和方法。这些组合具有在上述发明内容中没有具体叙述的特定优点。

附图说明

本发明的实施方式通过示例的方式、而不是通过附图中的图限制的方式示出，在附图中，相同的附图标记表示类似的元件。应当注意，在本公开中对本发明的实施方式的“一”(“an”)或“一个”(“one”)的引用不一定是指同一实施方式，并且它们是指至少一个实施方式。此外，为了简洁和减少附图的总数，可以使用给定的附图来示例本发明的多于一个实施方式的特征，并且对于给定的实施方式，可以不需要附图中的所有元件。

图1是玩具机器人的实施方式的俯视图。

图2是图1的玩具机器人的侧视图。

图3是图1的玩具机器人的仰视图。

图4是图1的玩具机器人放置在计算设备(诸如平板电脑)的数字显示屏面上时的俯视图。

图5是可以集成到玩具机器人中或可以是外罩的一部分的若干电子部件的框图。

图6是安装有外罩的图1的玩具机器人的侧视图。

图7示出了具有另一实施方式的外罩的玩具机器人。

图8示出了外罩的另一实施方式。

图9示出了外罩的又一实施方式。

图10是可以具有可变角色及其外罩的玩具机器人的各电子部件的框图。

具体实施方式

现在参照附图对本发明的若干实施方式进行说明。当没有明确地定义实施方式中描述的部件的形状、相对位置以及其它方面时，本发明的范围不仅限于所示的部件，这些部件仅仅用于示例性的目的。另外，虽然阐述了许多细节，但应当理解，可以在没有这些细节的情况下实践本发明的一些实施方式。在其它情况下，没有详细示出公知的电路、结构以及技术，以免模糊对本说明书的理解。

图1-图3总体上描绘了自推进式玩具机器人10的实施方式。在该实施方式中，机器人10是自动的，在于它可以自动跟随出现在基面14上的线段12(参见图4)。如下面进一步描述的，当将相应的角色皮肤安装到玩具机器人10上时，这种玩具机器人10的轮廓或角色自动改变。然而，注意，这里描述的线跟随器类型的机器人10仅是示例。具有根据可安装在机器人上的许多角色皮肤中的任一角色皮肤的可变角色的机器人的概念也适用于上面在发明内容部分提到的其它类型的机器人，例如，可由人类用户完全远程控制的机器人、以及群体机器人。

回到图1-图3，基面14可以是计算设备16(诸如平板电脑或智能手机)的电子显示屏的面。然而，可替选地，基面14可以是桌子或写字台的顶面，或者桌子或写字台上放置的纸张的面。玩具机器人10可以与发光的基面(诸如平板电脑的基面)以及不发光但反射光的基面(诸如桌子、写字台、柜台或者放置在其上的纸张的基面)一起使用。基面14可以是发光的自发光设备的一部分或者可以是非发光物体的一部分。在一个实施方式中，玩具机器人10具有两种能力，在于它可以跟随两种类型的基面14上的线段，并且在跟随线的同时，当它从一种类型的基面移动到另一种类型的基面时，可以无缝转换。

玩具机器人10具有底盘20，底盘20可以包括第一表面22(外表面)以及相对的第二表面(内表面)。当机器人10被布置或放置在基面14上时，参见例如图6-图9，底盘20的第一表面22处于与基面14间隔开并被取向成使得第一表面22面向基面14。换句话说，基面14位于底盘20的下方。如下面更详细解释的，“自推进式”机器人10还包括推进子系统，该推进子系统可以包括移动机构32和转向模块37(参见图5)。在大多数情况下，推进子系统包括两个或更多个轮子，这些轮子可以直接放置在基面14上，然后这些轮子使第一表面22隔开在基面14上方(再次如图6-图9所示)。

机器人10还包括联接到底盘20的壳体25(也被称为机器人主体壳体)。在一个实施方式中，壳体20具有大体上为圆形的结构，虽然其它形状也是可以的。壳体25和底盘20一起限定了内隔室，该内隔室容纳在下面结合图5描述的包括电力设备34、具有编程处理器的控制单元28、包括扬声器46的音频播放子系统、以及推进子系统的若干电子控制部件和电力部件。壳体25和底盘20可以由塑料、橡胶或通常用于玩具的其它材料制成。

玩具机器人10还包括测光仪24，测光仪24联接到底盘20并被向下取向(或者玩具机器人10包括允许光传感器向下“看”的镜像机构)，以检测朝向底盘20的第一表面22入射的光(即向上的光)，以便例如确定所检测到的光的亮度水平。朝向第一表面22入射的光可以是已经从自发光基面发射的光或者可以是已经从非发光物体(其构成基面14)反射的光。

如果检测到的亮度水平太低，则玩具机器人10可能难以检测基面14上的线段12。如图3所示，在底盘20上提供光源26用于照亮基面14(即从光源26发射的光在位于底盘正下方的方向上向下指向)。当亮度水平太低时，玩具机器人的编程处理器可以决定打开光源26，以更好地照亮基面14，以便更容易地检测基面上的线段。然而，当亮度水平高于足够的水平时，编程处理器可以决定关闭光源26从而不发射任何光，这有助于避免冲掉正在由自发光类型的基面14显示的线段。

就这一点而言，设想到用户可以将机器人10放置到自发光设备上以跟随其上描绘的线段12。随后，用户可以将机器人10从自发光设备上提起并将机器人10放置在非发光物体上以跟随其上描绘的不同的线段12。当机器人10放置在自发光设备上时，亮度水平通常高于阈值，因此，光源26处于关闭(OFF)状态。然而，当用户将机器人10放置在非发光表面上时，亮度水平通常低于阈值，因此，光源26转变到开启(ON)状态。

在相反的情况下，即当机器人从非发光物体上被提起并被放置到自发光设备上时，光源26通常从开启状态转变到关闭状态，因为亮度水平通常从低于阈值增加到高于阈值。

光源26可以包括本领域已知的能够在机器人10下方提供足够的光以照亮线段12的任何照明机构。在图3中描绘的示例性实施方式中，光源26包括邻近底盘20的外围部分设置的三个发光设备(LED)。然而，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，LED或等效照明机构的数量和位置可以变化。例如，一些实施方式可以包括少于三个LED，而其它实施方式可以包括多于三个LED。

根据一个实施方式，阈值亮度大约等于80尼特(nit)-120尼特，并且优选地大约等于100尼特。因此，在阈值亮度等于100尼特的实施方式中，如果检测到的光的亮度低于100尼特，则光源26将自动置于开启状态以产生光，并将光远离第一表面22并朝向基面14直接向下投射。然而，如果在任何时间检测到的光的亮度超过100尼特，则光源26将自动转变到关闭状态以停止光的发射。虽然前面列出80尼特-120尼特作为示例性阈值亮度范围，但是本领域技术人员将容易理解，其它实施方式可以将阈值亮度限定为小于80尼特或大于120尼特。

控制光源在开启和关闭状态之间操作的编程处理器可以是控制单元28(参见图5)的一部分，控制单元28联接到底盘并且与测光仪24和光源26可操作地通信。

玩具机器人10还包括线传感器30(参见图3和图5)，线传感器30联接到底盘20并且被配置为感测基面14上的线段12。在一个实施方式中，线传感器30可以具有足够的分辨率，例如，线传感器可以是可以检测线段12的边缘并且也可以检测出现在基面14上的其它对比元素的成像传感器像素阵列。处理器使用线传感器30来确定线段12与也出现在基面14上的背景颜色或背景特征之间的边界。这里还应该认识到，线传感器30被配置为向下“看”，其中，这可以涉及反光镜的使用，例如以用于将从基面14发射的或从基面14反射的光反射到传感器30的成像像素阵列上。

玩具机器人还具有推进子系统，该推进子系统在图5中被描绘为移动机构32和转向模块37。移动机构32联接到底盘20并且可以放置在基面14上。控制单元28中的编程处理器(未示出)与线传感器30和移动机构32可操作地通信，以向移动机构32发信号以使得机器人主体壳体以对应于正在被感测的线段12的图案移动。移动机构32包括至少一个轮子，并且更有可能包括两个或多个轮子，这些轮子由驱动机构或马达驱动。这可以是“卷起(windup)”类型的驱动机构，其中用户卷绕轴或反向推动设备以卷绕驱动机构。可替选地，驱动机构可以具有电动马达。底盘20可以包括辅助支撑件35(参见图2)，用于当机器人10移动时平衡机器人10，其中，如果机器人朝向基面倾斜，则辅助支撑件35可以与基面14滑动接触。

转向模块37使机器人10能够进行旋转或转动(根据需要来跟随正在被感测的线段进行旋转或转动)。转向模块37可以包括连接到旋转轴的轮子，或者其可以包括一对轮子，通过所述一对轮子，通过增加一个轮子的动力而同时减少另一个轮子的动力产生差异来实现旋转。也可以采用其它转动或转向机构。转向模块37还通信地联接到编程处理器(在控制单元28中)，并接收命令或信号以实现转动或旋转。

作为直接使用机动化的轮子的替选方案，可以合并到移动机构32中的其它移动元件包括例如类似于坦克机构或铰接机构的旋转轨道。在另一实施方式中，推进子系统可以采用类似于气垫船的螺旋桨来向前推动机器人。

玩具机器人10还具有电力设备34(诸如板载电池)，电力设备34向图5中描绘的各种电子部件供电(包括在某些情况下向为推进子系统的移动机构32的一部分的电动马达供电)。电力设备34可以包括可再充电的电能存储元件，该电能存储元件包括电池和/或超级电容器，但电力设备34也可以包括电能收集机构(诸如光伏电池)。

仍然参照图5，玩具机器人10可以包括电力端口36，电力端口36可以包括以插入或其它方式无线连接到外部电源(未示出)的布线和电路，以用于对可以是电力设备34的一部分的可再充电电池再充电。电力端口36可以是集成在壳体25中并且与外部电源(未示出)的配对总线接口连接的电源总线接口(诸如AC壁电源适配器)，以形成有线电源链路。电力端口36可以是例如微通用串行总线(USB)接口电路的一部分，该接口电路可以接收USB连接器(未示出)以为电力设备34充电。也可以使用具有与例如微USB端口不同的配置和尺寸的其它电力端口。

玩具机器人10还可以包括指示灯40，指示灯40联接到底盘20并且与控制单元28可操作地通信。指示灯40可被驱动或配置成发射表示一个或多个操作条件的光信号。例如，指示灯40可以发射对应于电力设备34的电力水平的第一信号。例如，当电力设备34的电力水平高时，所述第一信号可以更亮，当电力设备34的电力水平低时，所述第一信号可以更暗。此外，指示灯40可以在玩具机器人10移动时发射第二信号并且在玩具机器人10静止时发射第三信号，其中，所述第二信号与所述第三信号不同。所述第二信号可以包括闪烁信号，其中，该闪烁信号的频率对应于玩具机器人10的速度，即当机器人10移动地更快时，频率增加，反之亦然。所述第三信号可以是恒定信号，要么恒定地开启，要么恒定地关闭，以与所述第二信号进行区分。根据其它实现方式，指示灯40发射的各种信号可以不仅在频率和亮度上变化(如上所述)，而且还可以在颜色上变化。在这方面，指示灯40可以包括能够产生若干不同颜色的光的一个或多个发光器件(LED)。更一般地说，由指示灯40产生的光的模式(本文也被称为指示灯模式)可以由机器人角色软件程序(配置文件)来控制或定义，其中可以定义具有不同指示灯模式的不同配置文件，每个指示灯模式与配置文件所分配给的特定角色一致。

玩具机器人10还可以包括通信端口42，该通信端口42用于接收配置机器人的行为(机器人如何响应外部刺激)的编程指令。可以从编程设备(诸如计算机、智能手机、平板电脑或本领域已知的其它编程设备)接收这些编程指令。通过这些编程指令可以修改玩具机器人10的若干方面。例如，可以通过编程指令来改变和指定由指示灯40发射的信号(例如，颜色、强度及其任一组合，包括，例如闪烁模式)。此外，也可以通过程序来改变或修改电力设备34停止向壳体25中的其余电子部件供电的预设时间段。

在一个实施方式中，通信端口42为通信总线接口，该通信总线接口集成在壳体25中并且与电力端口36一起形成统一的电力和通信总线接口的一部分，该电力和通信总线接口再次示例为在其连接器或插头中具有四个引脚或端子的微USB接口，上述四个引脚或端子中的两个引脚或端子用于供电，两个引脚或端子用于双向通信。可以使用其它电源和通信总线接口技术来实现电源端口36和通信端口32的结合。

包括其编程处理器的控制单元28可以被配置为执行算法，该算法控制在玩具机器人10感测线段时所选择跟随的路径。如果线段12到达形成线段12中的叉或“Y”的交叉点或分支，则在这种存在两个或更多个选项的情况下，即玩具机器人可以跟随不止一条线段12的情况下，玩具机器人10可以被编程为自动(没有实时用户输入)做出特定决定。作为示例，玩具机器人10可以被编程为随机地跟随其中一个线段选项。可替选地，玩具机器人10可以被编程为在可能的情况下总是右转，或者在可能的情况下总是左转，或者在右转和左转之间交替。此外，玩具机器人可以被编程为在可能的情况下直行，但是如果不可以直行，则要么右转要么左转。在另一实施方式中，机器人设备可以被编程为在某些条件下(例如到达线段的末端或到达交叉点)反转方向。用于响应于检测外部刺激(例如在基面14上检测线段12)而发信号给推进子系统(移动机构32和转向模块37)的这些命令或规则可被视为玩具机器人的“特征”(也被称为玩具机器人的行为)的一部分。

也可以通过机器人对码(code)的响应来控制机器人的特征或行为，这些码形成线段12的一部分或者位于线段12附近。例如，如果机器人检测到彼此相邻或按顺序的五个空白框，则这可以是机器人停止的规则。然而，如果仅最左边的框被填充，则这可以是当机器到达交叉点时采取最左转的指令。例如，如果仅中间左侧的框被填充，则机器人在接近交叉点时，可以采用向左侧的分叉。这些特定命令当然仅仅是示例，因此码并不限于可以用作用于由玩具机器人引起的特定运动或转动的任何特定形状的框或颜色。例如，黄色部分的线段可以表示一个命令，而红色部分的线段可以表示第二个不同的命令。

编程处理器(控制单元28的一部分)与线传感器30通信，使得控制单元28有效地感测或读取在基面14上出现的图案，并且作为响应，基于预先确定的规则，控制单元将自动生成到推进子系统的信号，使得推进子系统生成所需要的力来以期望的方式移动机器人主体。用于使用线传感器30识别各种光学命令的软件可以根据需要在控制单元28上更新，并且该软件可以是配置编程处理器来控制玩具机器人行为的更广泛的包含“机器人角色程序”的一部分。可以通过改变下面描述的机器人角色软件程序来改变机器人的角色，这反过来又改变了控制机器人如何对检测到的码进行反应的规则，所述规则例如，机器人所用的对表现为外部刺激的特定码进行反应的速度、持续时间以及特定的移动模式。

仍然参照图5，玩具机器人还可以包括集成在其壳体25内的音频播放子系统，该音频播放子系统包括在玩具机器人10的操作期间产生声音的扬声器46。虽然未明确示出，但音频播放子系统将包括例如作为控制单元28的一部分的、将允许通过扬声器46播放各种形式的数字音频作品(包括歌曲、语音或简单的警报或短音调(诸如“哔哔声”))的音频放大器和数字音频接口。可以将这种可听信息同步为与机器人10的移动相对应，例如，随着机器人速度的增加，可以增加哔哔声的频率。还可以产生声音作为操作模式的功能或与操作模式同步，例如，当左转时，机器人发出与右转时不同的语音。因此，除了发信号给推进子系统来以特定方式来移动机器人主体以外，编程处理器响应于检测外部刺激还可以发信号给音频播放子系统以产生特定的声音。在一个实施方式中，所有这些都可以由作为自动玩具机器人的机器人10自动地执行，即不用等待外部的实时用户命令(例如，来自正在由用户操作的远程控制单元的命令)来这样做，这反映出在这种情况下玩具机器人10是自动设备的事实。

玩具机器人10增加了使用传统的基于屏幕的设备(诸如智能手机和平板电脑)的娱乐特征，在于，玩具机器人提供了在用户与智能手机或平板电脑交互创建用于机器人跟随的特定线段12(显示在显示器表面上)时，在智能手机或平面电脑的显示器表面上移动的有形的三维物体。因此，用户不仅仅与智能手机或平板电脑的二维显示屏交互，而且还与三维娱乐单元交互，该三维娱乐单元对于用户、尤其是儿童来说是更有趣和更有挑战的结合。

可以通过添加角色皮肤来增强由玩具机器人10提供的娱乐价值和教育价值。现在参照图6-图9，这些图示出了安装有外罩50的玩具机器人10的各种实例，外罩50的内表面至少部分地成形为与壳体25的外表面的一部分相符，使得当机器人壳体25移动时，外罩50不能滑落，而保持附接或连接到机器人壳体25。可以将外罩50安装到壳体25上以覆盖壳体25的外表面，但是也可以从壳体25上将外罩移除，从而使玩具机器人返回到它的“基本”条件或状态，例如如图1-图2中描绘的条件或状态。

在优选的实施方式中，可以将外罩50和机器人主体的壳体25设计成使得外罩50可以安装到壳体25上并且可以由用户在不使用任何工具的情况下从壳体25移除。在一个实施方式中，外罩50可以由弹性材料(诸如塑料、橡胶、硅胶TPU或TPE)制成，弹性材料能够拉伸并成形为使得外罩可以弯折但允许缩回并紧贴地安装到、或甚至卡扣到壳体25的刚性外表面上。如图8的实施方式所示，外罩50的一个或多个部分可以相对于另一部分铰接(这里使用铰链54)，使得例如外罩的一部分可以相对于另一部分如蛤壳式移动(clamshell typeof movement)那样进行枢转。外罩50也可以由若干卡扣或以其它方式连接在一起的部分组成，所述部分例如安装到主体壳体25的顶部并且具有用于接收角色头部和手臂的若干卡扣连接件的软部分。

图6-图9描绘了具有壳体25的自推进式自动机器人主体，其中，电力设备34、初级电子设备(包括作为控制单元28的一部分的处理器及其程序存储器)、音频播放子系统(包括扬声器45)与推进子系统一起集成在壳体25中，这些一起操作使得编程处理器可以使用传感器(例如，线传感器30、或具有天线和相关无线收发器的RF模块31，参见图5)来检测外部刺激。外部刺激的示例包括基面14上的线段12(参见图4)、从正在由用户操作的远程控制发射器无线接收(由RF模块31接收)的实时用户命令、或从附近的另一机器人无线接收(由RF模块31接收)的命令或控制信号。可以已经由玩具机器人10使用其可用的内置传感器(例如红外近距离传感器或RF模块31)的任一组合“检测”到附近的机器人。

响应于检测外部刺激，玩具机器人10的壳体25中的编程处理器可以自动地向推进子系统发信号以产生力来移动机器人主体，和/或自动地向音频播放子系统发信号以产生声音。玩具机器人的这种行为，即其发信号给推进子系统或音频播放子系统，或甚至如上所述的发信号给指示灯40，或者更一般地说，玩具机器人对检测到的外部刺激的响应，是机器人的特征的一部分，其由机器人角色软件程序(也被称为配置文件)来控制。该配置文件已经作为处理器的编程指令被预先下载，并作为控制单元28的一部分被存储(例如，存储在诸如闪存的非易失性存储器中)。

具有可变角色的玩具机器人10的操作可以如下，当初级电子设备(包括控制单元28)检测到响应于正在被安装到壳体上的外罩50的标识(ID)时，正在控制玩具机器人10行为的编程处理器根据已分配给所检测到的标识的机器人角色软件程序自动重新配置，使得根据机器人角色软件程序来改变机器人的行为(机器人对特定外部刺激的响应)。换句话说，一旦外罩50被安装到壳体25上，就立即自动地生成玩具机器人10的新“角色”，使得机器人的基本行为被修改或与被转变为与其新角色的基本行为一致。

参照图10，该图示出了对于可以将外罩50安装到壳体25上以便改变玩具机器人10的行为或角色的实施方式的、机器人主体壳体25内的硬件部件的框图。主体侧(body-side)处理器(在控制单元28内)将被编程以执行以上描述的各种功能，包括检测外罩50的标识(通过存储在存储器中的标识、ID、程序中提供的指令来检测)。可以在外罩50正在被安装时或响应于正在安装的外罩50而调用ID程序。所得到的检测到的标识使得选择出若干可用的机器人角色软件程序或配置文件(也存储在存储器中)中的特定的一个机器人角色软件程序或配置文件，根据该特定的角色软件程序或配置文件，所述处理器将重新配置以改变玩具机器人10的行为。

存储在存储器中的每个机器人角色软件程序或配置文件被分配单独的或唯一的ID。所述处理器在执行ID程序时，可以将存储的ID与检测到的ID进行比较以找到匹配。换句话说，所述ID程序可以将检测到的ID与在各种存储的机器人角色程序中的那些ID进行比较，以便之后从若干可用的角色中(例如，基本角色、角色1、角色2、角色3)选择匹配的角色，将使用所述匹配的角色对所述处理器进行配置。

在一个实施方式中，壳体25内的初级电子设备(使用控制单元28)通过与外罩50进行无线电数据通信来检测外罩50的标识。该实施方式在图7中被示例，其中，外罩50在其中嵌入了适用于RF识别(RFID)的标签53，其中壳体25包含相应的RFID读取器(未示出)，该RFID读取器将检测已编码到标签53中的标识。作为替选，初级电子设备可以通过到外罩50的有线电流路径来检测所述标识。该实施方式在图6中被示出，其中，将编码的无源电阻器52集成到外罩50中，并且一旦无源电阻器52与暴露在壳体25中的正下方的一对端子接触就测量无源电阻器52的电阻。可以由处理器通过任一可用的上述硬件特征(在图10中统称为外罩接口)来执行外罩50的ID的检测。上文给出的示例为有线电流路径(例如，到外罩50内的编码无源电阻器的有线电路路径)或者通过与外罩50进行无线电数据通信(例如，RFID)。要注意的是，外罩接口可以更复杂，并且还可以包括串行通信总线接口以及电源总线接口，壳体25内的电力设备34可以通过电源总线接口向外罩50内的各种电子设备(在此也被称为次级电子设备)输送电力。

如图10的框图所描绘的，机器人角色软件程序或配置文件(在此示例中由四个ID标识：基本角色、角色1、角色2以及角色3)可以预先下载并存储在机器人主体的壳体25内的非易失性存储器内。每当给机器人(通过通信端口42或通过单独的无线数字通信接口(例如，壳体25内的无线局域网接口))被提供到因特网的连接时，机器人角色软件程序或配置文件也可以自动更新为在远程服务器中可用的最新版本。这样，只要相应的外罩50已经被安装到壳体25上，就可以将最新版本的配置文件“带到前台”。

返回参照图6-图8，在这些实施方式中，外罩50具有可以覆盖或对准壳体25内的传感器(发射器和/或检测器)、或如图6-图8所示的指示灯40的部分51。部分51被设计成足够透明、或者是切口或开口，通过部分51，传感器所使用的光或者由指示灯40产生的光可以通过，以使得即使壳体25被外罩覆盖，传感器也能够继续工作或使得指示灯40可见。可以集成在壳体25内并且应该与其正上方的部分51对准的这种传感器的示例包括红外传感器和环境可见光传感器。

在另一实施方式中，现在返回参照图9-图10，外罩50可以具有“皮肤侧(skin-side)处理器”形式的内置于其中的智能，该“皮肤侧处理器”可以是编程处理器(在集成在外罩50内的印刷电路板组件上)。皮肤侧处理器可以被设计成与机器人主体中的处理器(“主体侧处理器”)通信，以给予玩具机器人10更复杂的行为。为了实现这一点，机器人主体壳体25包括集成在壳体25中的串行通信接口和电源总线接口，该串行通信接口和电源总线接口将与外罩50中的被称为机器人主体接口64(参见图10)的配对总线接口连接，以形成有线通信链路和有线电源链路。因此，如图9的示例可以看出，外罩50具有集成在其内的串行通信总线接口57和电源总线接口60，(一旦外罩50被安装到机器人主体壳体25上)串行通信总线接口57和电源总线接口60将与壳体25中的有线版本的配对的外罩接口63的相应引脚进行导电接触(例如，通过四个引脚进行导电接触，诸如在微USB规范中所描述的布置)。在这样的实施方式中，外罩50可替选地具有较小的灵活性或较弱的数据处理能力，外罩50例如为也联接到通信总线接口57和电源总线接口60的状态机或其它控制逻辑(未示出)的形式。在上述外罩50由连接在一起的若干元件组成的情况下，这些元件中的一个元件(诸如角色的头部)可以容纳提供皮肤智能的电子部件，而其它元件(诸如手臂)可以是纯粹地装饰性的。

一旦已根据所选择的配置文件(机器人角色软件程序)配置了处理器，处理器就可以通过包括线传感器30、近距离传感器61(其包括发射器和检测器，例如红外发射器和互补红外检测器)、RF模块31、或一个或多个麦克风59的各种机构中任一种机构来响应处理器所检测到的外部刺激。麦克风59、线传感器30以及近距离传感器61可以集成在壳体25内(参见图8)，其中机器人主体壳体25包括一对近距离传感器61。注意，在这种情况下，外罩50可能需要具有若干“透明”部分51，每个“透明”部分51位于每个近距离传感器61的正上方或与每个近距离传感器61对准，以允许近距离传感器61所使用的红外光被适当地发射和检测。

在另一实施方式中，一旦处理器已配置了特定的配置文件(机器人角色软件程序)，该配置文件还可以包括集成在外罩50内并且可以由主体侧处理器通过外罩接口63的通信接口57访问的可电控项目的定义。例如，现在参照图9，当然，外罩50除了联接到驱动电路的控制逻辑之外，还可以包括光源55和相关的驱动电路(例如，发光二极管和相关的LED驱动电路)。在这种情况下，机器人主体壳体25内的处理器可以通过外罩接口63发送命令，并且在该特定示例中，串行通信接口57(参见图9)用于例如控制光源55的颜色和强度。更一般地说，光源55可以具有多个区段，或者光源55可以具有多个元件(例如，LED元件)，集成在外罩50中的所述多个区段或多个元件的控制逻辑意识到，(当从机器人主体壳体25的处理器接收到光控制命令时)，使得用于光源55的特定区段或元件的光控制命令可以被识别，然后被转换成低电平驱动信号(例如，控制外罩50中LED源的输出强度的脉宽调制的LED驱动信号)。

在另一实施方式中，外罩50包括集成在该外罩50中并通过由电源总线接口60提供的电源链路供电的传感器。示例包括如附图中所示的近距离传感器和数码相机58。通过由通信总线接口57提供的通信链路，外罩50内的数码相机59的控制逻辑可以从机器人主体壳体25中的编程处理器接收命令以用于控制数码相机58的操作，并且该控制逻辑还可以将捕捉到的数字图像发送到机器人主体壳体25中的编程处理器。更一般地说，外罩50中的传感器的控制逻辑可以(通过通信接口57)从主体侧处理器接收命令以读取传感器的输出数据。

在另一实施方式中，外罩50可以包括一个或多个麦克风59(例如，作为麦克风阵列操作的多个麦克风)，所述一个或多个麦克风59连接到也在外罩50内的模数转换电路(ADC)，使得可以将捕捉到的数字音频流通过由串行通信总线接口57和其在壳体25内的配对接口形成的通信链路发送到壳体25中的编程处理器。

在另一实施方式中，也在图9中描绘的外罩50具有集成在其内的电池56，并且电池56联接到由电源总线接口60及其在壳体25中的对应接口提供的有线电源链路，使得可以向机器人主体壳体25内的初级电子设备供电。如上所示，电池56的替选可以是集成在外罩50内的能量收集单元(未示出)，例如，光伏电池，光伏电池是从外罩50向机器人主体壳体25中的初级电子设备供电的另一方式。

在又一实施方式中，外罩50可以包括致动器或马达(具有相关的驱动电路)、联接到驱动电路的控制逻辑，并且其中驱动电路和控制逻辑通过由外罩的电源总线接口60及其在机器人壳体25内的配对接口提供的电源链路供电。控制逻辑通过由串行总线通信接口57提供的有线通信链路从壳体25中的编程处理器接收命令，以实现致动器的移动或马达的控制。在一个实施方式中，外罩50具有由马达驱动的推进机制，这可以使得玩具机器人10能够在壳体25内的编程处理器的控制下飞行。

在一个实施方式中，外罩50的外表面可以具有二维艺术作品(artwork)或三维艺术作品(雕塑)，其给出了已由终端用户创建的或由另一实体(已经创作了视听艺术作品(在该视听艺术作品中描绘了角色)的人)创建的角色或外形的视觉外观。角色可以是电影、电视剧或电子游戏中的英雄或反派。因此，可以从这样的实体许可类似于角色的外观的二维或三维艺术作品。

在一个实施方式中，玩具机器人10被赋予其当前角色皮肤(外罩50)所特有的语音(通过扬声器46播放)。在一个实施方式中，不同的机器人角色软件程序分别具有电子定义的与它们各自的角色相应的不同的语音。该语音可以是已由玩具机器人10的最终用户或由另一用户创作的合成语音，并且用于这种合成语音的参数或数据(与其各自的机器人角色软件程序相关联)可以已经预先生成并存储在控制单元28的非易失性存储器内。可替选地，机器人的语音可以紧密地基于已经录制好并存储在音频文件(作为机器人角色软件程序的一部分)中的先前录制的人类的语音。因此，除了呈现特征移动之外，一旦给玩具机器人10安装给定的外罩50，玩具机器人就可以具有由扬声器46产生的特定于当前外罩50的语音。

角色可变玩具机器人10的另一方面是具有灯光子系统(包括光源26)，该灯光子系统被配置为根据给定角色的颜色或图案的独特组合产生反应机器人的给定角色的光。在这种情况下，机器人角色软件程序可以包括定义玩具机器人10的灯光子系统的颜色或图案的特定组合的数据结构。

因此，角色软件程序可以为灯光子系统定义颜色或图案的独特组合、为机器人语音定义特定的合成语音文件或所选择的音频文件、以及定义特定移动模式，使得玩具机器人10现在可以表达情感或可以从包括语音、灯光以及移动的若干不同的维度进行响应(响应于玩具机器人检测到的任何外部刺激)。

在本发明的另一实施方式中，玩具机器人10的壳体25内的初级电子设备检测与另一玩具机器人10增加的接近度(例如，将近距离传感器61与另一诸如RFID读取器-标签组合(RFID reader-tag combination)的传感器结合使用)。另一玩具机器人也安装有与特定机器人角色或配置文件相关联的外罩，并且也可以检测到该机器人角色(例如，使用RFID能力来检测，假设另一玩具机器人也具有RFID标签(在该标签中已经编码了该另一玩具机器人的标识))。响应于这种“遇到(encounter)”，玩具机器人10的编程处理器可以根据定义其与其它玩具机器人的交互的多个规则来重新配置，这些规则根据已经遇到的其它玩具机器人的标识(标识被解析为角色或配置文件)而不同。机器人可以选择性地自动检测附近机器人的角色与当前角色属于同一家族或者不属于同一家族，然后根据其角色与其它玩具机器人不同地进行交互，该交互例如，语音响应、视觉响应，包括部件的移动、主体的移动。作为示例，可以通过这些规则来修改机器人的语音，使得在某些情况下选择深沉的语音，并在其它情况下选择更高调的语音。作为替选或附加，可以不同地控制灯光子系统，使得例如指示灯40具有特定的颜色组合并且在一些情况下具有更大的强度，并且在其它情况下指示灯40的照明强度更低和/或为不同的颜色。一旦玩具机器人10发现它不再接近另一玩具机器人，编程处理器就可以恢复回到基本的规则集。

虽然已经在附图中描述和示出了特定的实施方式，但应当理解，这些实施方式仅仅是对宽泛的本发明的例示而非限制，并且本发明不限于所示和所述的具体的结构和布置，因为本领域普通技术人员可以进行各种其它修改。例如，电力端口36和通信端口32可以是无线种类，其中例如通过感应充电将电力从外部电源传输到电力设备34，同时使用无线链路(例如，蓝牙通信协议)将数字通信信号传输并发送到外部设备。因此，本说明书被认为是示例性而非限制性的。

Claims

1.一种自动玩具机器人，包括：

具有壳体的自推进式机器人主体，电力设备、传感器、包括编程处理器的初级电子设备、包括扬声器的音频播放子系统和推进子系统集成在所述壳体中并且一起操作，使得所述编程处理器使用所述传感器检测外部刺激并且作为响应向以下中的一项自动发信号而不需等待外部实时用户命令来这么做：i)用于产生力来移动所述机器人主体的所述推进子系统，和ii)用于产生声音的所述音频播放子系统，

其中，所述机器人主体的所述壳体的外表面成形为与外罩的内表面相符，其中，所述外罩能够安装到所述壳体上以覆盖所述外表面并且之后从所述壳体移除，以及

其中，所述初级电子设备用于检测响应于正在被安装到所述壳体上的外罩的标识，以及

其中，响应于正在被检测的所述标识，根据被分配有所述标识的机器人角色软件程序重新配置所述编程处理器，以改变所述机器人的行为。

2.根据权利要求1所述的玩具机器人，所述玩具机器人与所述外罩结合，其中，所述外罩和所述机器人主体的所述壳体被设计成使得所述外罩被安装在所述壳体上并由用户从所述壳体移除而不使用任何工具。

3.根据权利要求2所述的玩具机器人，其中，所述外罩具有与在视听艺术作品中所描绘的角色的外观类似的外观。

4.根据权利要求1所述的玩具机器人，其中，所述机器人主体还包括串行通信接口和电源总线接口，所述串行通信接口和所述电源总线接口集成在所述壳体中用于与所述外罩中的配对总线接口连接以形成有线通信链路和有线电源链路，

其中，所述机器人主体中的电源通过所述电源链路将电力输送至所述外罩中的次级电子设备，以及

其中，在所述机器人主体中的所述编程处理器通过所述通信链路将命令发送到所述外罩中的所述次级电子设备。

5.根据权利要求1所述的玩具机器人，其中，所述初级电子设备用于通过与所述外罩的无线电数据通信来检测所述标识。

6.根据权利要求1所述的玩具机器人，其中，所述初级电子设备用于通过到所述外罩的有线电流路径来检测所述标识。

7.根据权利要求1所述的玩具机器人，其中，所述初级电子设备包括存储器，在所述存储器中存储有多个机器人角色软件程序或配置文件，每个所述机器人角色软件程序或配置文件包括音频数据文件和程序代码文件，其中，所述多个机器人角色软件程序分别被分配多个标识，

其中，所述多个机器人角色软件程序重新配置所述编程处理器以控制所述机器人的行为，使得所述机器人的行为分别与多个不同的机器人角色的行为一致，以及

其中，所述初级电子设备检测响应于正在被安装到所述壳体上的外罩的标识，在所述存储器中执行查找以找到检测到的所述标识，并且使用分配给检测到的所述标识的机器人角色软件程序重新配置所述编程处理器。

8.根据权利要求7所述的玩具机器人，其中，所述多个机器人角色软件程序中的一个机器人角色软件程序已经由所述玩具机器人的最终用户部分地创作并包括i)已经根据来自所述最终用户的指令合成的、包含录制的所述最终用户的语音或声音的音频数据文件，ii)定义多组命令的移动控制数据结构，其中，每组命令将使所述推进子系统产生力来以特定方式移动所述机器人主体。

9.根据权利要求8所述的玩具机器人，其中，所述多个机器人角色软件程序中的一个机器人角色软件程序已经由另一玩具机器人的最终用户部分地创作，所述另一玩具机器人的最终用户已经决定与其他最终用户分享他的机器人角色软件程序。

10.根据权利要求7所述的玩具机器人，其中，当所述初级电子设备响应于与安装有第一外罩的第一玩具机器人的增加的接近度来检测第一机器人角色时，根据与所述第一机器人角色交互的第一多个规则重新配置所述编程处理器，以及

其中，当所述初级电子设备响应于与安装有第二外罩的第二玩具机器人的增加的接近度来检测第二机器人角色时，根据与所述第二机器人角色交互的第二多个规则重新配置所述编程处理器，其中，所述第一多个规则与所述第二多个规则不同。

11.一种用于玩具机器人的角色皮肤，包括：

具有内表面的外罩，所述内表面成形为与自推进式玩具机器人的机器人主体壳体的外表面相符，其中，所述外罩能够安装到所述机器人主体壳体上以覆盖所述机器人主体壳体的外表面并且之后从所述机器人主体壳体上移除，以及

其中，所述外罩包括标识机构，所述标识机构提供机器人角色软件程序的标识，其中，每当将所述外罩安装到所述机器人主体壳体上时，由所述玩具机器人电子地检测所述标识，并且作为响应，由所述玩具机器人执行改变所述玩具机器人的行为的所述机器人角色软件程序。

12.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，其中，所述外罩具有与在视听艺术作品中的角色的外观类似的外观。

13.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，其中，所述外罩被设计成使得所述外罩被安装在所述机器人主体壳体上并且由用户从所述机器人主体壳体移除而不使用任何工具。

14.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，其中，所述外罩还包括：

光源及相关联的驱动电路；

串行通信接口和电源总线接口，所述串行通信接口和所述电源总线接口集成在所述外罩中用于与所述机器人主体壳体中的配对总线接口连接，以在所述外罩已经被安装到所述机器人主体壳体上时形成有线通信链路和有线电源链路；以及

控制逻辑，所述控制逻辑联接到所述驱动电路以及联接到集成在所述外罩中的所述总线接口，

其中，所述外罩中的所述光源、所述控制逻辑以及所述总线接口的电路通过所述电源链路供电，以及

其中，所述控制逻辑通过所述通信链路接收来自所述机器人主体壳体中的编程处理器的命令，以用于控制所述光源的颜色或强度。

15.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，其中，所述外罩还包括：

致动器或马达以及相关联的驱动电路；

控制逻辑，所述控制逻辑联接到所述驱动电路；以及

串行通信接口和电源总线接口，所述串行通信接口和所述电源总线接口集成在所述外罩中用于与所述机器人主体壳体中的配对总线接口连接，以在所述外罩已经被安装到所述机器人主体壳体上时形成有线通信链路和有线电源链路，

其中，所述外罩中的所述驱动电路、所述控制逻辑以及所述总线接口的电路通过所述电源链路供电，以及，所述控制逻辑通过所述通信链路接收来自所述机器人主体壳体中的处理器的命令，以用于实现所述致动器的移动或所述马达的控制。

16.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，其中，所述外罩还包括：

数码相机；

控制逻辑，所述控制逻辑联接到所述数码相机以及联接到集成在所述外罩中的所述总线接口，

其中，所述外罩中的所述数码相机、所述控制逻辑以及所述总线接口的电路通过所述电源链路供电，以及

其中，所述控制逻辑通过所述通信链路接收来自所述机器人主体壳体中的编程处理器的命令以用于控制所述数码相机的操作，并且将捕捉到的数字图像发送至所述机器人主体壳体中的编程处理器。

17.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，其中，所述外罩还包括：

麦克风，所述麦克风联接到模数转换电路(ADC)；

其中，所述外罩中的所述模数转换电路、控制逻辑以及所述总线接口的电路通过所述电源链路供电，以及

所述控制逻辑联接到所述模数转换电路以及联接到集成在所述外罩中的所述总线接口，以通过所述通信链路将捕捉到的数字音频流发送至所述机器人主体壳体中的编程处理器。

18.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，其中，所述外罩中的所述标识机构使得能够通过与所述外罩的无线电数据通信来检测所述标识。

19.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，其中，所述外罩中的所述标识机构使得能够通过到所述外罩的有线电流路径来检测所述标识。

20.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，其中，所述外罩具有在所述外罩已经被安装到所述机器人主体壳体上时覆盖或对准位于所述机器人主体壳体中的传感器的部分，并且所述部分被设计成充分透明或者为切口，所述传感器所使用的光能够穿过所述部分，使得即使所述传感器被所述外罩的所述部分覆盖，所述传感器也能继续工作。

21.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，还包括：

电源总线接口，所述电源总线接口集成在所述外罩中用于与所述机器人主体壳体中的配对总线接口连接，以在所述外罩已经被安装到所述机器人主体壳体上时形成有线电源链路；以及

电池，所述电池集成在所述外罩中并联接到所述外罩中的所述总线接口，以通过所述有线电源链路向所述机器人主体壳体中的电子设备供电。

22.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，还包括：

能量收集单元，所述能量收集单元联接到所述外罩的所述总线接口，以通过所述有线电源链路向所述机器人主体壳体中的电子设备供电。

23.根据权利要求11所述的用于玩具机器人的角色皮肤，其中，所述外罩还包括：

传感器；

控制逻辑，所述控制逻辑联接到所述传感器并联接到集成在所述外罩中的所述总线接口，

其中，所述外罩中的所述传感器、所述控制逻辑以及所述总线接口的电路都通过所述电源链路供电，以及

其中，所述控制逻辑通过所述通信链路接收来自所述机器人主体壳体的处理器的命令，以用于读取所述传感器的输出数据，并将所述传感器的所述输出数据发送至所述机器人主体壳体中的所述处理器。

24.一种玩具机器人，包括：

具有壳体的自推进式机器人主体，电力设备、传感器、包括编程处理器的初级电子设备、包括扬声器的音频播放子系统和推进子系统集成在所述壳体中并且一起操作，使得所述编程处理器使用所述传感器检测外部实时用户命令，并且作为响应向以下中的一项自动发信号：i)用于产生力来移动所述机器人主体的所述推进子系统，和ii)用于产生声音的所述音频播放子系统，

其中，所述机器人主体的所述壳体的外表面成形为与外罩的内表面相符，其中，所述外罩能够被安装到所述壳体上以覆盖所述外表面并且之后从所述壳体移除，以及

其中，所述初级电子设备检测响应于正在被安装到所述壳体上的外罩的标识，以及

其中，响应于正在被检测的所述标识，利用分配有所述标识的机器人角色软件程序重新配置所述编程处理器，以改变所述机器人的行为。

25.根据权利要求24所述的玩具机器人，其中，所述编程处理器在其存储器中搜索标识与检测到的所述外罩的所述标识相匹配的机器人角色软件程序。

26.根据权利要求24所述的玩具机器人，其中，使用不同的语音、不同的移动模式或不同的指示灯模式中的一者对在执行所述机器人角色软件程序的所述处理器进行重新配置。